面试题：Redis链表在多线程场景下的潜在问题及解决方案

Question

假设Redis采用多线程模型，从源码角度探讨链表可能会遇到哪些并发访问问题？如果你来改进，会提出怎样的解决方案？

Answer 1

并发访问问题

1. 数据竞争：
   • 在多线程环境下，多个线程可能同时对链表进行读、写操作。例如，一个线程在遍历链表查找元素时，另一个线程可能正在删除该链表中的某个节点，这会导致遍历线程访问到已经被释放的内存，产生未定义行为。
   • 若多个线程同时进行插入操作，可能会导致链表结构的混乱，比如新插入节点的指针指向错误，破坏链表的完整性。
2. 死锁：
   • 如果链表操作涉及到锁机制，例如对整个链表加锁进行操作。当多个线程按照不同顺序获取锁时，可能会发生死锁。比如线程A持有链表头节点的锁，试图获取下一个节点的锁，而线程B持有下一个节点的锁，试图获取链表头节点的锁，就会形成死锁。
3. 内存管理问题：
   • 多线程并发删除节点时，可能会出现重复释放内存的情况。比如两个线程同时判断某个节点符合删除条件，都对其进行内存释放，导致程序崩溃。同时，在分配内存给新节点时，也可能因为并发操作出现内存分配失败但未正确处理的情况。

改进解决方案

1. 锁机制优化：
   • 细粒度锁：不再对整个链表加锁，而是对链表的每个节点加锁。这样在进行插入、删除操作时，只需要获取相关节点的锁，而不是整个链表的锁，提高并发性能。例如，插入新节点时，只需要获取新节点前驱和后继节点的锁，而不影响链表其他部分的访问。
   • 读写锁：对于链表的读操作，由于不会修改链表结构，可以使用共享锁，允许多个线程同时进行读操作。而对于写操作（插入、删除、修改），则使用排他锁，保证同一时间只有一个线程进行写操作。这样在读多写少的场景下，能显著提高并发性能。
2. 无锁数据结构：
   • 使用无锁链表：例如基于CAS（Compare - And - Swap）操作实现的无锁链表。在插入和删除节点时，通过CAS操作来更新节点指针，避免使用锁带来的开销和死锁问题。但这种实现较为复杂，需要仔细处理各种边界情况，如ABA问题（一个节点被释放后又重新分配，其地址不变，但内容可能已改变）。
3. 线程本地存储：
   • 减少共享数据：将链表的部分操作改为线程本地操作。例如，每个线程维护自己的链表缓存，在需要与共享链表同步时，再进行批量操作，并使用合适的同步机制（如锁或CAS）来保证数据一致性。这样可以减少多线程对共享链表的直接竞争，提高并发效率。